Blockchain Consensus Mechanisms and Their Applications in IoT: A Literature Survey (ICA3PP 2020)

    本文主要从物联网需求的角度将共识机制分为四类:

    -安全共识机制

    -可拓展性的共识机制

    -节能共识机制

    -性能改善的共识机制

    然后讨论了一些物联网区块链应用,指出物联网的区块链共识的未来方向。

    区块链共识机制:

    基于安全性的区块链共识机制。

    PoW,PoS+PoW.

    空间证明。 提出者利用组合工具研究了空间下界(是什么?)空间证明中的用户通过CPU0-绑定或者memory0-绑定作为工作证明。

    ByzCoin。用来减轻双重支付和自私挖矿。使用了可拓展的集体签名在几秒内不可逆的进行比特币交易。

    投票证明。为网络参与者设置了不同角色:butler, butler candidate, 专员和普通用户。实验表明投票证明可以提高安全性,finality和低功耗。

    TEE权益证明。采用了类似Intel SGX的可信执行环境来确保每个矿工在每个高度只能生成最多一个区块。

    认证证明。纽卡斯尔大学Puthal提出了PoAh,引入身份认证。(具体的方案是在区块头里加入一个存放认证信息的部分)。

    信任协商证明。用来解决固定矿工在区块链上发生的DoS攻击和贿赂供给问题。设计了谈判规则,通过信任管理来衡量信任度。还设计了可信任的随机选择。

    信誉证明-X。在IIoT中改进信任通信,以解决共识算法的安全性和效率。还是采用的信誉机制,用来鼓励正常和异常节点都以良好的方式参与网络写作。信誉是激励措施。

    可拓展性的区块链共识。

    Tangle. 没有区块的DAG。

    Bitcoin-NG. 分为关键块和微型块。

fees 
- El-..-O.--Ö.--7//..-O---E]---O - 
10 seconds 
10 m i n 
Figure 1: Structure of the Bitcoin-NG chain. Mi- 
croblocks (circles) are signed with the private key match- 
ing the public key in the last key block (squares). Fee is 
distributed 40% to the leader and 60% to the next one.

    Algorand.

    Proof of Property.财产证明。解决了数据持续增长的问题。在transaction中加入了PoR,这样其他的用户在数据验证时就不需要完整的Knowledge。

    Stellar Consensus Protocol. 减少大量封闭式金融系统之间的交易成本。采用联盟拜占庭协议构建。不需要所有节点进行验证,而是用子节点网络。

    Deligated Proof of Reputation. 用信誉排名代替硬币。

    QoS证明。解决低交易吞吐量问题,整个网络分为几个小区域。每个区域都通过QoS选择一个节点,然后所有被选择的节点进行BFT共识。感觉还是一种分片的方法。

    FastBFT。用了TEE,减轻消息传播负担。还提到了MBFT,利用分片和分层技术实现可拓展性,又不降低安全性。我记得MBFT这篇文章写的很菜,纯语言描述,非常不精确,实验也很简陋。

    Proteus. 选择节点的子集作为委员会,将复杂度从n2变成cn。说到底还是选择子集的方法,这种方法应该会降低安全性?

    Proof of Block and Trade. 基于会话中参与节点数量合并对等节点,减少peer的计算时间,提高IoT设备的交易速度。  

    区块链节能共识机制。

    权益证明。

    Tendermint。核心方法就是投票和锁。

New 
Height 
Propose 
Invalid block or 
not received in 
time 
Prevote Nil 
Valid block 
Prevote Block 
Commit 
+2/3 
precommit for 
block 
New Round 
no +2/3 
precommit for 
block 
Wait for 
precommits 
from +2/3 
Wait for 
revotes fr 
+213 
no +2/3 prevote 
for block 
Precommit Nil 
+2/3 prevote 
for block 
Precommit Block

    学习证明。把挖矿的算力变成机器学习的算力。

    Proof of Exercise。把算力变成计算矩阵问题。

    Proof of Stake Velocity. 将coin-aging函数从线性改成了指数下降,避免硬币囤积。

    贡献证明。 将计算量改成计算难度。

    重要性证明。节点的重要性由钱包交互和货币资产的数量来判断。

    搜索证明。要节点解决优化问题,最靠近优化的节点得到奖励。文章认为这种方法减少分叉。

    改善性能的区块链共识。

    实用拜占庭容错算法等。 除了PBFT,还介绍了其他衍生算法。SPBFT,介绍了一个point方法将网络中的节点分成共识节点和候选节点。 ER-BFT,设计了Order-Match方法对primary以及backup节点的请求排序。T-PBFT中节点由trust degree信任度选择,信任由节点间的transactions决定。VPBFT将投票引入PBFT。

    活性证明。工作量证明和权益证明结合。

    运气证明。使用了TEE平台的随机数生成器,提供低延迟transaction验证和确定性确认时间。

    Delegated BFT。没介绍清楚。

    经过时间证明。利用可信计算来强制随机等待时间进行块构建。虽然可信计算组件不是100%可靠,PoET可以容忍故障。(岂不是增大了很高成本)

    区块链共识在物联网中的典型应用。

    IOTA。

    The ADEPT。由IBM和三星创建,使用区块链技术创建去中心的物联网。旨在为物联网系统提供最佳的安全交易。基于区块链,BitTorrent和TeleHash,是完全去中心化的物联网。

    IoT Chain。在大数据需求者和数据之间的交易过程中收取费用。使用区块链技术作为平台来实现智能产品的去中心化和安全加密。底层采用DAG,共识采用PBFT。

    未来方向。

    安全,可拓展,节能,性能。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注